在機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、航空航天、制導(dǎo)武器、光電子等高科技領(lǐng)域的迅速發(fā)展下,由于單眼鏡頭已無法滿足多模式拍攝、全息拍攝、快速追蹤拍攝等多種場合應(yīng)用需求,多鏡頭集成光學(xué)元件的應(yīng)用逐漸成為視覺系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。仿生復(fù)眼具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、分辨率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于微型追蹤器、微型飛行器、醫(yī)療影像等精密視覺領(lǐng)域。但是現(xiàn)有的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)存在著光能透過率低、視場角小、圖像缺失或重疊等問題,導(dǎo)致仿生復(fù)眼成像質(zhì)量較低,應(yīng)用領(lǐng)域受限。為解決上述問題,本文建立了一種高透光率、大視場角、精準(zhǔn)成像的曲面仿生復(fù)眼模型,并開展了結(jié)構(gòu)分析設(shè)計、邊緣像質(zhì)優(yōu)化、微米級一體化加工以及光學(xué)性能測試等研究工作。首先,本文通過昆蟲復(fù)眼中各組成元件的仿生分析,提出一種由微透鏡陣列層和針孔陣列層耦合的曲面仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu),該仿生復(fù)眼的理論視場角可達(dá)107.48°×97.97°。本文對所設(shè)計復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光線追蹤、光能透過率分析以及模擬成像檢測,結(jié)果表明:該復(fù)眼結(jié)構(gòu)與單層曲面復(fù)眼結(jié)構(gòu)相比,相鄰子眼通道間的光學(xué)信息串?dāng)_的現(xiàn)象明顯減少;與平面仿生復(fù)眼相比,光能透過率更高;該仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)具有較高的分辨率,但邊緣處的子眼成像質(zhì)量較差,這是目前... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

復(fù)眼和拍照效果[24]

芻竦玫耐枷瘢?淝邐?然姑?有得到有效處理，研究工作仍需繼續(xù)。為了耦合曲面復(fù)眼與平面光電傳感器，LukeP.Lee團(tuán)隊(duì)于2003年，采用軟光刻的方法制作出微流體運(yùn)輸模板，在其內(nèi)部采用注塑成型的方法，獲得焦距可調(diào)的微透鏡陣列。2004年，該團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，將焦距可調(diào)的光學(xué)原理應(yīng)用在了復(fù)眼的仿生設(shè)計中，并成功的加工出了焦距可調(diào)的雙凸微透鏡陣列和新月型的微透鏡陣列，使球面微透鏡陣列中出現(xiàn)的像差問題得以解決。2005年，為了對自然界中的復(fù)眼直接表征，該團(tuán)隊(duì)制造出了由微透鏡、隔離物和波導(dǎo)組成的人造子眼成像單元，如下圖1.2所示，光學(xué)特性測試結(jié)果表明，該子眼具有±0.75°接收角的單峰角靈敏度[27-28]。2006年，他們提出了由折射聚合物微透鏡，導(dǎo)光聚合物錐體和自對準(zhǔn)波導(dǎo)組成的子眼成像通道，每一個子眼的光軸都根據(jù)與中心光軸的空間角度，指向特定的方向，構(gòu)成的曲面仿生復(fù)眼系統(tǒng)，可以獲得類似于天然復(fù)眼的寬視野[29]。該團(tuán)隊(duì)將成焦距可調(diào)的子眼透鏡替代傳統(tǒng)的均一化子眼，隨后在子眼通道結(jié)構(gòu)中不斷的補(bǔ)充準(zhǔn)直波導(dǎo)元件來改進(jìn)仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)，獲得了具有±0.75°接收角單峰角靈敏度的子眼結(jié)構(gòu)，已經(jīng)達(dá)到對昆蟲復(fù)眼仿生的效果，但是他們應(yīng)用氣壓差法來控制曲面基底的曲率半徑，那么制備出的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，其曲面基底的曲率半徑尺寸精度還需要進(jìn)一步提高。圖1.2人造復(fù)眼的照片[28]

第1章緒論5為了研究并列型和重疊型仿生復(fù)眼的成像機(jī)理，2006年，長春光機(jī)所張紅鑫老師的團(tuán)隊(duì)關(guān)于重疊型仿生復(fù)眼和并列型仿生復(fù)眼，在成像原理方面的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)作出了相應(yīng)的研究工作，并提出在復(fù)眼結(jié)構(gòu)的仿生中引入曲面場鏡陣列，設(shè)計了單層曲面仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)和三層曲面仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)，如圖1.3所示，三層復(fù)眼結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計進(jìn)一步提高了單層復(fù)眼的邊緣像質(zhì)，視場角也擴(kuò)大了很多[30]。同年，該團(tuán)隊(duì)為了對比重疊型復(fù)眼和并列復(fù)眼在靈敏度及光能量利用率方面的區(qū)別，采用Zemax光學(xué)仿真軟件，對二者進(jìn)行了光線追跡分析,證明了重疊復(fù)眼的靈敏度和光能量利用率均比并列復(fù)眼具有優(yōu)勢[31]。2007年，在前期仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了在重疊型復(fù)眼中，梯度折射率（GRadientINdex，GRIN）介質(zhì)與光學(xué)特性的關(guān)系，并對重疊型復(fù)眼的光學(xué)結(jié)構(gòu)作出仿生設(shè)計[32]。2009年該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)研究GRIN介質(zhì)，對重疊型復(fù)眼中光線會聚情況及靈敏度的影響，獲得了GRIN介質(zhì)適用于重疊復(fù)眼的合理?xiàng)l件[33]。該團(tuán)隊(duì)通過對復(fù)眼結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及仿真研究，獲得了視場角分別達(dá)到60°和88°的單層仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)和三層仿生復(fù)眼成像系統(tǒng)，改進(jìn)了仿生復(fù)眼邊緣的成像效果，分析了GRIN介質(zhì)與復(fù)眼光學(xué)性能的關(guān)系，但是圖1.3中的光學(xué)復(fù)眼模型與真實(shí)復(fù)眼略有差別，而且相鄰子眼之間有縫隙，所以整個視場內(nèi)的光學(xué)信息是否有缺失，還需要有所研究。圖1.3張紅鑫團(tuán)隊(duì)設(shè)計的仿生復(fù)眼模型：(a)單層微透鏡陣列的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)模型；(b)三層微透鏡陣列的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)模型[30]；綜上所述，目前所設(shè)計出的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)與真實(shí)的復(fù)眼結(jié)構(gòu)還存在很大的差別，如：自然界中的每一個子眼的表面都是不規(guī)則的曲面，而目前大多數(shù)研究人員設(shè)計出的三維模型對這種“不規(guī)則”還是不能進(jìn)行完全

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3374639